单片机在工业无线网络中的具体应用三

关键字：航天 应用 半导体 电源 可靠性 单片机 

要设计实现这样的通讯节点是需要一定的系统软件支撑和一定开销的处理器能力，因为它是工业装置， 它的可靠性、安全性、功耗和易操作要求就比家用电器严格得多，目前看到的设计方法有这样两种，一种是使用一个大规模的嵌入式操作系统，如Linux、WinCE，它们有良好的网络和设备驱动支持能力，代价是需要一个ARM9以上MMU嵌入式处理器，32M以上存储空间和32M以上执行空间(WinCE要求可能还更高)，比如使用Marvell 416 MHz PXA271 处理器和一个TI 公司ZigBee收发器，这样的设计好处是明显的，但是随即可能的问题是如何控制好系统的功耗和可靠性，工业无线网络多数安放在一个无人值守场地，还可能是一个恶劣自然环境，无论是开源Linux，商业嵌入式Linux，还是WinCE电源管理技术都还不很完善，系统引导和恢复的功能和时间都还不能完全满足工业控制应用的要求。

取而代之的另外一种方式是目前多家MCU半导体公司推荐的方案；硬件是ST、NXP 的ARM 单片机，比如STR911、STR912， 这个方案的好处是MCU可以使用低主频的ARM Flash 单片机，起到降低功耗和增加可靠性作用，系统软件由半导体公司免费授权给用户，这样用户只要购买常规的单片机开发工具，如IAR EW，ARM MDK就可以完成一个工业网络通讯节点的设计任务，开发难度和产品整体核算成本要低。

　　更近一步的看，传统的单片机正在大踏步的进入工业无线网络领域的各个方面，除了前面的SoC单芯片无线单片机外，比如较近TI 的SimplicTI ，一种TI私有的射频网络，也可以说是一种简化的ZigBee网络方案。比较起 ZigBee协议，SimplicTI支持点－点和星型网络，代码只有4K，结构和使用都很简单，一颗RF SOC CC1110/CC2510就可以组成一个烟感，瓦斯泄漏报警和抄表节点设计，SimplicTI 的开发目前还是一个典型的单片系统，使用IAR工具，RF协议软件和库程序都是由TI免费提供源代码，SimplicTI的API 只有6个函数；初始化，连接和监听，发送和接受，配置，配置参数简单明了，包括有频率，安全令牌，网络拓扑(点－点、星型)，电源管理和内存分配。下图是无线龙SimplicTI开发板，chipcon radio interface 可以安装CC1110/2510器件。根据无线龙提供ZigBee开发系统C51RF-3-PK资料显示，SimplicTI 还支持CC2430这样的ZigBee无线单片机升级CC2430支持SimplicTI还意味着TI对无线网络支持更加宽泛和灵活，升级换代方便了。

　　无线技术是未来嵌入式系统发展较快速的领域之一，单片机是嵌入式和工业控制系统较传统的核心部件，SoC和微电子制造工艺的发展推动单片机的变革，无线技术和应用是单片机发展的一个热点，是包括TI，ST，NXP，Atmel，Microchip 这些工业芯片半导体巨头和专业无线公司Ember，Jennic，Nordic角琢的重要舞台。无论是把射频器件和单片机核心集成在一起的SoC无线单片机，还是单片机加上射频器件或者射频单片机的无线单片系统，都将嵌入在在未来形形色色电子设备里。工业控制系统的无线网络由于其行业的特殊性，决定选择一种无线网络技术的因素很多，如通讯范围、环境干扰、连接方式、速率和功耗等，但会逐渐的从私有模式向通用方向迈进。正如今天我们看到的以太网和CAN总线是新一带工业设计的主流网络一样，在工业控制系统里采用标准无线网络，比如今天我们能够看到的ZigBee，GPRS，Wi-Fi， Blutooth的应用将越来越多，未来将是大势所趋。

　　但是，需要指出的是,在某些特殊的环境和条件下，短波和卫星通讯方式依然在工业无线网络中使用，比如此次四川汶川地震后水情自动测报系统,就是由北斗卫星，卫星终端，传输设备和太阳能供电装置组成，实现了在地震灾区这样基本通讯方式无法保证的环境下，远程工业无线网络设备正常工作。

　　参考文献：

　　1.李文仲，段朝玉编著，ZigBee无线网络技术入门与实战，北京航空航天出版社出版社
　　2.TI 公司，2008TI 亚洲技术研讨会资料
　　3. http://www.xbow.com/
　　4. rudan bettelheim 《connect to anytime ，anywhere， intro freescale Ethernet solution》FTF 2007
　　5. victor kowong《A overview of freescale zigbee and ieee 802.15.4 platform》FTF 2007
　　6. 单片机与嵌入式系统杂志社，2007全国第7届嵌入式系统和单片机会议论文集
　　7. www.iar.com